實驗推理分析再實驗

鞏曉雁

摘要：初中物理教學應該充分考慮學生的知識儲備和學情，本文以實驗探究課型為例，研究如何結合物理實驗探究發展學生思維，提高學生的科學素養.

關鍵詞：實驗探究；科學推理；科學素養

《義務教育物理課程標準》（2011年版）中明確指出，義務教育物理課程作為科學教育的組成部分，是以提高全體學生科學素養為目標的自然科學基礎課程.此階段的物理課程不僅應注重科學知識的傳授和技能的訓練，而且應注重對學生學習興趣、探究能力、創新意識以及科學態度、科學精神等方面培養.義務教育物理課程的性質之一：物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程，此階段的物理課程應注意讓學生經歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題及解決問題的能力.

教材是教學內容的載體，是教學最重要的材料之一，是實現課程目標的工具.教學目標是一切教學活動的出發點和歸宿，使用教材的最終目的是實現教學目標，而不是教完教材.教材應該是為教學服務的，作為一線教師應當從教學的實際出發，考慮學生的知識基礎和思維特點，還要視實驗的難度和可操作程度，靈活地處理教材.

例如滬科版初中物理八年級第四章的第五節《科學探究：凸透鏡成像》一節，是典型的科學探究課，本節課重點是進行實驗與收集證據環節，難點是分析論證環節，分析實驗現象和數據，歸納總結凸透鏡成像的特點.

我們先來看2012年修訂后的滬科版八年級教材中，在探究凸透鏡成像的規律時，教材中提到的進行實驗與收集證據的環節：

（1）設法獲取凸透鏡的焦距.

（2）認識光具座，將實驗器材按蠟燭、凸透鏡、光屏的順序放置在光具座上.

（3）蠟燭火焰經凸透鏡后成縮小的實像，將u、v值記錄下來.

（4）蠟燭火焰經凸透鏡后成放大的實像，將u、v值記錄下來.

（5）蠟燭火焰經凸透鏡后成等大的實像，將u、v值記錄下來.

（6）蠟燭火焰經凸透鏡后成放大的虛像，將u值記錄下來.

（7）蠟燭火焰放在凸透鏡的焦點處，觀察是否能成像.

（8）改變物距，重復幾次上面的實驗操作.

通常教師的處理方式是，學生通過分組探究收集實驗數據，分析實驗數據，總結結論.之后，分小組交流數據和實驗結論.聽過大量的課包括研討課或者觀摩課，教師重視了大量實驗數據的分析與論證，最終總結出結論，完成教材73頁五種情況的結論.結論中還可以發現，焦點和2倍焦距處是兩個特殊的點，即焦點是凸透鏡成實像和虛像的分界點，而2倍焦距處是成放大和縮小實像的分界點.但是總感覺站在學生的角度，有些問題的處理不是很合適.而且大部分教師講過這一內容之后，普遍存在學生掌握不好，理解不到，應用起來又困難等諸多問題.焦點和2倍焦距處，是至關重要的兩個關鍵點，在收集實驗數據和分析論證的過程中容易忽略它們在提高教學效果、加深學生的印象和理解方面所起的關鍵作用.

因此，是否可以反思一下，站在學生的角度，從教學的內容和實驗特點等方面是否突破了本節課的重點和難點，如何處理實驗數據和分析總結結論，下面談幾點自己的看法.

1探究凸透鏡成等大實像的改進設想

凸透鏡焦距的測量不是本節的重點，從節約課堂時間和數據的準確性上，凸透鏡的焦距可以直接給出.教材里，進行實驗與收集證據的3、4、6環節（蠟燭火焰經凸透鏡后成縮小的實像、放大的實像、放大的虛像）對學生而言相對容易操作，物距u和像距v也便于測量，能夠比較順利的分析總結出凸透鏡成縮小的實像、放大的實像和放大的虛像滿足的條件.進行實驗與收集證據的第5環節（蠟燭火焰經凸透鏡后成等大的實像，將u、v值記錄下來），由于實驗器材的限制和實驗的特點，成在光屏上的像要與燭焰等大，不便于測量，只是用肉眼觀察，同時像（光屏）位置的確定不一定準確，實驗數據中可能存在物距u和像距v的數值誤差較大.怎樣處理更有說服力呢？我認為，增加交流討論的環節，可以提出問題讓學生討論：物距u和像距v有什么樣的關系時，蠟燭火焰經凸透鏡后成等大的實像？可以實驗驗證，也可以在前面實驗的基礎上，通過推理和科學分析得出.

實驗探究時，出現的真實情況是：蠟燭火焰經凸透鏡成等大的實像時，物距u和像距v基本相等；而物距u和像距v相等，由于光學實驗特點和現有實驗條件的限制，不容易得到.如果引導學生運用推理進一步分析，既可以發展學生的思維，又是物理學研究問題方法的學習和訓練.在物理研究過程中，有許多概念、規律、結論是建立在物理實驗的基礎上，但是也有不少實驗，由于教學內容、實驗特點和實驗條件等因素的限制，難以實現或者不易操作，于是需要在大量可靠的實驗事實的基礎上，通過科學推理，進一步得出實驗的結論.

在進行實驗和收集數據的3、4環節，分析大量的實驗數據可知：當物體位于凸透鏡的2倍焦距之外時，成縮小、倒立的實像；當物體位于凸透鏡的1倍焦距和2倍焦距之間時，成放大、倒立的實像.在此實驗結論的基礎上，進一步分析：當物體位于凸透鏡的2倍焦距處，既不滿足成縮小實像的條件，也不滿足成放大實像的條件，介于兩者之間；那么所成的像既不是放大的，也不是縮小的.這時，可以讓學生充分交流討論，說明各自的想法與分析，發表自己的觀點，最終達成共識：當物體位于凸透鏡的2倍焦距處，成等大、倒立的實像.之后，可以再進行實驗進行驗證，既彌補了實驗探究過程的不足，又使學生的思維能力得到提高.這樣處理，使學生的思維活躍起來，學生參與的是深入的思考和思維的碰撞，起到事半功倍的效果，真正實現學生聽懂學會，同時使學生學習到科學探究方法，分析問題及解決問題的能力得到提高.

2探究物體處于凸透鏡的焦點能否成像的改進設想

蠟燭火焰放在凸透鏡的焦點處是否能成像也可以采用同樣的處理方式.

分析大量的實驗數據可知：當物體位于凸透鏡的1倍焦距之外時，成倒立的實像；當物體位于凸透鏡的1倍焦距以內時，成放大的虛像.當蠟燭火焰放在凸透鏡的焦點處，相當一部分學生在光屏上找不到像，是成像而且成實像沒找到？還是成虛像不能呈現在光屏上？還是不成像？學生是有疑惑的.如何解決，而且要有說服力并得到學生的認可和接受，可以在實驗探究和上述實驗結論的基礎上，引導學生交流討論，進一步分析：當物體位于凸透鏡的1倍焦距處，既不滿足成實像的條件，也不滿足成虛像的條件，也是介于兩者之間；那么既不能成實像，也不能成虛像.這里的處理與上面的是相同的，學生充分討論，說明各自的想法與分析，發表自己的觀點，最終達成共識：當物體位于凸透鏡的焦點時，不能成像.

以上處理，是在實驗探究的基礎上，通過科學的推理與分析得出的，采用的方法是實驗→推理分析→再實驗的過程，是從感性認識→理性分析→實驗驗證，是認識過程和思維過程的上升，從而實現學習過程與學習效果的飛躍.

新的課程理念給與教師和學生很大的發展空間，要實現課程目標，促進學生的發展，需要教師充分了解學生，站在學生的角度進行教學，解決學生學習中的難點和疑惑.教師適時地點撥與啟發，活躍學生的思維，促進學生積極主動地參與到學習活動中，讓學生在學習中發現問題、提出問題、積極主動地思考、分析問題和解決問題，真正意義地解決學生學習過程中的疑惑.具有現代教育理念的教師，應該促使學生在學習科學知識的過程中，逐步學習和掌握科學的研究方法，培養和提高學生分析問題和解決問題的能力，全面提升學生的科學素養，從而發展學生的核心素養.

參考文獻：

[1]義務教育教科書《物理》八年級全一冊，上海科學技術出版社，1993年9月第一版，72-73.

[2]義務教育《物理課程標準》（2011版），北京師范大學出版集團，2012年1月第1版2頁.